Застосування рідинно-газового струминного апарата з подовженою камерою змішування як контактного пристрою для утворення газових гідратів

Реферат: Винахід належить до виробництва штучних газових гідратів і може бути використаний при застосуванні газогідратних технологій у нафтогазовидобувній, вугільній, хімічній та інших галузях промисловості. Пропонується застосування рідинно-газового струминного апарата з UA 105208 C2 (12) UA 105208 C2 подовженою камерою змішування як контактного пристрою установки виробництва газогідрату. Досягається спрощення конструкції установки, зменшення її розміру і зниження собівартості. UA 105208 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв для отримання газових гідратів і може бути використаний як основний елемент установок для виробництва газогідратів при застосуванні газогідратних технологій у нафтогазовидобувній, вугільній, хімічній та інших галузях промисловості. Основними умовами для промислового виробництва газових гідратів є підтримання відповідних термобаричних умов стабільності гідрату даного складу, здійснення максимального міжфазного контакту (газу і води), відведення тепла гідратоутворення та вилучення (виведення) отриманого продукту з метою організації безперервного виробничого процесу. Для утворення газогідратів вищеназвані умови виконуються у відповідних контактних пристроях. Дані пристрої входять у склад відповідних установок утворення (виробництва) газогідратів. Але той факт, що на даний момент у світі створено тільки декілька установок напівпромислового виробництва газогідратів, говорить про недосконалість існуючих технічних рішень для виконання вищезазначених умов. Аналіз патентної інформації стосовно пристроїв для виробництва газових гідратів показує, що більшість запропонованих конструкцій реакторів газогідратних установок являють собою ємності для високого тиску зі складним допоміжним обладнанням (мішалки, розпилювачі, барботажні, пристрої для виведення продукції, системи охолодження та ін.). Як зазначено в роботі [1], пристрої утворення газогідратів можна класифікувати за станом конденсованої водної фази (вода, лід), яка вступає в реакцію гідратоутворення, а також за варіантами введення реагуючих фаз у камеру (кристалізатор), де відбувається процес гідратоутворення. Виділяються наступні способи отримання гідратів: спосіб, за яким вода (рідина) вводиться (розпорошується) в газове середовище (наприклад, установка, представлена в патенті JP 2006111813 від 27.04.2006 p.); спосіб, за яким газ вводиться в рідку фазу води (типовим прикладом є патент JP 2006160833 від 22.06.2006 p.); спосіб, за яким газ взаємодіє з льодом (наприклад патент JP 2007023197 від 01.02.2007 p.); комбінований спосіб введення реагентів (наприклад патент JP 2006160835 від 22.06.2006 p.). Відмінністю установок, що працюють за комбінованим способом, є те, що вода і газгідратоутворювач розбризкуються одночасно в одній ємності. Відомий винахід US 5536893 1996 "Метод виробництва газових гідратів для транспортування і зберігання" [2], який здійснюється за допомогою установки, котра складається з реактора гідратоутворення, що являє собою ємність для високого тиску і має пристрої введення газу і води та виведення водогазогідратної суміші, внутрішній теплообмінник та охолоджувальний кожух; системи підготовки і подачі газу (сепаратор, компресор, теплообмінник); насоса подачі води; системи підготовки і подачі газу (сепаратора, компресора, теплообмінника); насоса подачі води; системи подачі рециркульованого газу (компресора і теплообмінника); трифазного сепаратора; теплообмінника охолодження газогідратної маси; пристроїв для формування гідратних капсул, утворення на їх поверхні льодяної кірки і заморожування. Найбільш близьким до заявленого винаходу в частині конструктивних особливостей пристрою для утворення гідратів (проточної частини), а саме стосовно відсутності як реактора ємності значного розміру, є відомий патент WO 2001/012758 від 22. 02. 2001 р. "Установка для виробництва природних газових гідратів", яка складається з пристроїв для підготовки газу і води, проточної частини, в яку входять пристрій статичного змішування фаз і змійовик для гідратоутворення і виходу утвореного газогідрату з пристроями для його обробки. За варіантом уведення реагуючих фаз у пристрій дану установку можна віднести до комбінованого способу, оскільки газ і вода одночасно вводяться через трійник у пристрій зі статичним змішувачем, розміщеним безпосередньо перед проточною частиною. У проточній частині, яка являє собою відповідним чином вигнутий трубний змійовик, за час більше ніж 60 секунд при контакті води і газу і відповідних термобаричних умовах відбувається утворення гідрату. Отже, конструкція даної установки передбачає використання компактного і недорого контактного пристрою гідратоутворення. Однак використання такої конструкції пристрою гідратоутворення в промислових установках не дозволить повною мірою задовольнити умову створення необхідної площі міжфазного контакту. Задачею винаходу є спростити конструкцію газогідратної установки за рахунок поєднання операцій і оптимізації технологічного процесу, зменшити її розмір шляхом застосування більш компактного обладнання і знизити її собівартість з урахуванням вищезазначених вимог для здійснення процесу. Поставлена задача, згідно з винаходом, вирішується шляхом застосування рідинно-газового струминного апарата з подовженою камерою змішування як пристрою для утворення газових гідратів у складі газогідратної установки. 1 UA 105208 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Обґрунтуванням суті винаходу є публікації про результати наукової роботи із даного напрямку [3, 4] з яких випливає можливість розширення сфер застосування струминних апаратів, а саме рідинно-газових. Так, наприклад, рідинно-газові струминні апарати з подовженою камерою змішування запропоновано використовувати в конструкції струминних абсорберів і флотаційних установок. Підставою (аргументацією) для цього були, наприклад, результати кількох досліджень [5], у результаті яких було показано можливість створення за допомогою рідинно-газових струминних апаратів відповідної конструкції значної площі міжфазного контакту, що повністю задовольняє вимоги процесу абсорбції. Виходячи з того, що створення максимального контакту фаз є також однією з основних умов процесу гідратоутворення, а також враховуючи важливість абсорбційної складової в цьому процесі і можливість використання струминних апаратів за прямим призначенням як пристроїв перекачування матеріальних потоків і підвищення їх тиску, можна зробити висновок про доцільність використання рідинно-газових струминних апаратів з подовженою камерою змішування як контактних пристроїв для гідратоутворення. Для вирішення поставленої задачі пропонується установка для виробництва газогідрату (кресл.), яка складається із насоса для подачі води 1, теплообмінника для її охолодження 2, рідинно-газового струминного апарата з подовженою камерою змішування 3, теплообмінника для охолодження газу 4, однопотокового теплообмінника типу «труба в трубі» 5, трифазного сепаратора з лінією виводу газогідрату та лініями рециклу газу та води 6, газо-газового ежектора для здійснення рециклу газу 7. Дані пристрої, виходячи з класичної конструкції струминних апаратів з'єднані відповідно до фігури 1 наступним чином: лінія подачі води (потік III) через насос 1 і теплообмінник 2 приєднана до сопла 3а струминного апарата 3; лінія подачі газу (потік І) через ежектор 7 і теплообмінник 4 приєднана до вводу конфузора 3б струминного апарата 3; струминний апарат 3 дифузором 3г з'єднаний із теплообмінником 5, який у свою чергу з'єднано з вводом 6а трифазного сепаратора 6; три виводи (6б, 6в і 6г) сепаратора 6 направляють потік води (вивід 6в) на рецикл у лінію всмоктування насоса 1, газу (вивід 6б) - на рецикл через лінію всмоктування ежектора 7 по лінії подачі газу (тоді, як основний потік газу виконує роль ежектуючого), а утворений гідрат (вивід 6г) - на вихід з установки (потік II) чи пристрої обробки гідрату. Додаткова комплектація установки пристроями по лінії руху газогідратного потоку залежить від способу використання напрацьованого гідрату. Газогідратна установка, що застосовує рідинно-газовий струминний апарат з подовженою камерою змішування, як пристрій для утворення газових гідратів, працює наступним чином. Вода після насоса 1 під тиском 12-18 МПа охолоджується в теплообміннику 2 до 1 C, надходить у сопло 3а струминного апарата 3. Газ під тиском 0,5-8 МПа виконує роботу по стисненню газу рециклу із сепаратора 6 в ежекторі 7, охолоджується до температури мінус 3 - мінус 15 C і надходить у конфузор 3б струминного апарата 3. У результаті взаємодії потоків при їх активному контактуванні в подовженій камері змішування 3в струминного апарата 3 відбувається зв'язування переважної кількості газу в гідрат і підвищення температури потоку на виході з дифузора за рахунок виділення тепла гідратоутворення і перетворення частини енергії потоку в теплову. Утворена суміш води, газу і газогідрату зі струминного апарата 3 надходить до однопотокового кожухотрубного теплообмінника 5, де відбувається її незначне охолодження, укрупнення гідратних структур за рахунок їх коагуляції і початкове фазове розділення. Із теплообмінника 5 суміш надходить у сепаратор б, де відбувається її розділення на гідрат, газ і воду. Із сепаратора 6 виводиться відсепарована газогідратна маса (потік ІІ), вода і газ. При цьому потік відсепарованої води йде на рецикл разом із потоком води підпитки (потік III) через насос 1, а газ - на рецикл через ежектор 7. Джерела інформації: 1. Якушев B.C., Квон В.Г., Герасимов Ю.А., Истомин В.А. Современное состояние газогидратных технологий. Обз. инф. - М.: ООО "ИРЦ Газпром", 2008. - 88 с. (Транспорт и подземное хранение газа), С. 61-66. 2. Gudmundsson J.S., US Patent No. 5,536,893, 1999. 3. Блазнов А.Н., Чащилов Д.В., Куничан В.А. Малогабаритные абсорберы на основе струйных аппаратов / Прикладные аспекты совершенствования химических технологий и материалов: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Часть 2. - Бийск, БТИ АлтГТУ им. Ползунова: Изд-во АлтГТУ, 1998. - С. 181-185. 4. Массообмен и поверхность контакта фаз в кожухотрубном струйно-инжекционном абсорбере. / В.Н. Лепилин, А.Г. Новоселов, В.Б. Тишин, С.Х. Ибрагимов. - ЖПХ, 1986. - №10. С. 2203-2208. 5. Блазнов А.Н., Денисов Ю.Н., Куничан В.А. Использование жидкостно-газовых струйных аппаратов для интенсификации массообмена / Материалы II Всероссийской научной 2 UA 105208 C2 конференции "Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий". - Томск: Изд-во ТПУ, 2002. - Т. 2. - С. 255-257. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Застосування рідинно-газового струминного апарата з подовженою камерою змішування як контактного пристрою для утворення газових гідратів. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3